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关注风云之声

提升头脑条理

导读

民众关注科技新闻的理由一样平常可以分为四类:一类是国家排名,典型语言是“逾越了某某国家”;一类是最终目的,典型语言是“星辰大海”;一类是基础设施,典型语言是“工欲善其事必先利其器”;另有一类才是科学功效自己,典型语言是“扩展人类知识界限”。

本文是作者应共青团中央机关刊《中国青年》之邀,为“2021全球前沿科技博览”专题写作的文稿

这个专题的名字虽然是“2021全球前沿科技博览”,不外科技前沿无限无尽,我只能向人人讲讲自己所知的这十分有限的一部门。挂一漏万之处,还望各个领域的专家多多指正。

仔细为读者们想一想,我以为在解说各个领域之前,更有价值的是先为人人提供一个大图景。对于一个科技新闻,我们为什么会去看它?也就是说,这个科技新闻的主要性何在?当我们认真思索这个问题,就会发现民众关注科技新闻的理由一样平常可以分为四类:一类是国家排名,典型语言是“逾越了某某国家”;一类是最终目的,典型语言是“星辰大海”;一类是基础设施,典型语言是“工欲善其事必先利其器”;另有一类才是科学功效自己,典型语言是“扩展人类知识界限”。下面我们来分类论述一下。

最常见也最容易明白的,是争取排名。许多人一提到科研首先想到的是为国争光,就是由于这种宣传。在这个层面上,中国现在大部门的功效还属于追赶,即别人已经做到了某件事,现在我们也做到了。例如美国和苏联都曾经从月球取样返回,现在中国的嫦娥五号也做到了。以前只有美国乐成上岸偏激星,现在中国的天问一号也做到了(祝融巡视,两器合影,天问一号会开展哪些科学探测?| 行星事务所)。

2021年6月11日,中国国家航天局宣布祝融号火星车与着陆平台的合影

有趣的是,2019年中国嫦娥四号在月球释放的月球车玉兔二号仍然在正常事情。因此,中国成了现在唯一的同时在两颗地外星球上有事情中的巡视器的国家。

2019年1月11日,玉兔二号月球车与嫦娥四号着陆器两器互拍

更有趣的是,《日本经济新闻》为此发了个社论:敦促中国有序开发宇宙。虽然内容一如既往的双标,硬往 *** 上拉,但这题目自己就挺令人恬静……迎接这样的敦促,我们会起劲有序开发宇宙的!

《日本经济新闻》社论:敦促中国有序开发宇宙(日文)

《日本经济新闻》社论:敦促中国有序开发宇宙(中文)

这是一个鲜明的例子,说明当你跨越他足够多的时刻,他的宣传战略就不得稳固化了。这令人遐想到,中国刚最先载人航天设计的时刻,外界有许多嫌疑和取笑的声音。对于杨利伟、翟志刚等航天员的成就,台湾媒体提出过许多理由,论证这些镜头是在水池中拍摄的(我们应该若何纪念登月(一)为什么登月阴谋论是谬妄的 | 袁岚峰)。然而现在,就很少听到这样的声音了。由于中国的航天成就太显著,无法用阴谋论简朴抹杀了。

神舟七号造假论

仅仅在一年之前,事情还不是这样,那时中国航天跟印度比谁高谁低还欠好说。印度方面最强的论据是火星探测。

中国第一次火星探测的实验是在2011年,那时中国的探测器“萤火一号”介入俄罗斯的“福波斯-土壤号”探测设计,搭乘俄罗斯的火箭升空。但福波斯-土壤号进入地球轨道后芯片失效,无法变轨,最终在大气中焚毁。而印度的火星探测第一次实验就很乐成,“曼加里安号”探测器在2014年9月进入火星轨道,至今还在传回数据(天问:火星与人类的未来 | 袁岚峰)。以是印度保持了“第一个也是唯一的一个首次探测火星就完全乐成的国家”的纪录,在这方面比中美俄欧日都强!

曼加里安号火星探测器宣传图:我在火星轨道上

现在外界就不会把中印的火星探测相提并论了,由于显著不在统一层面上。天问一号一次就实现了“绕落巡”三大目的,而以前美国之外的国家,包罗俄罗斯、欧洲、印度、日本等,只实现了“绕”,没有一家实现“落”的,“巡”就更不用提了。媒体纵然再偏心,也没法论证美国之外其他国家的航天比中国强,于是只好把宣传战略改成 *** 了。这真令人想起,“法国报纸报道拿破仑上岸”的谁人故事。

天问一号艺术示意图

排名上升除了有振奋人心的作用,另有直接的经济效益,即提升整个国家的形象,使得整个国家的商品在国际市场上能够卖高价。在这个意义上,火星上岸、月球采样等流动跟2008年奥运会开幕式一样,都是国家形象的广告,而且是很乐成的广告。

对于许多人来说,能熟悉到这一层已经是大有提高了,不会再去问“投钱搞科研有什么用”这种不入流的问题。不外,我们也需要苏醒地熟悉到,国家职位和形象只是科研的附带效果,而不是本质效果。以是,下面我们来看其他类型的科技新闻。

第二大类是“星辰大海型”,即一样平凡人对它的兴趣主要是在研究的最终目的上,而不是在手艺细节上。在这方面,最典型的例子就是可控核聚变。大多数人都能明白,可控核聚变是人类在现有手艺条件下有望掌握的最强的能源,是人类亟待攀缘的下一级大台阶。但若是要讲详细的原理与实验条件,如等离子体高约束模式、聚变三重积、第一壁、偏滤器、氦灰、氚矜持等等,大多数人就不知所云了。

1.2亿摄氏度燃烧101秒

因此,每当有一个可控核聚变的新闻出来,民众都市很体贴,不外对手艺细节就总是“不明觉厉”。若是要提问,问题也多数是“离实现可控核聚变另有若干年”。对于这个老生常谈的问题,研究职员的回覆也总是“另有50年”。听起来这个回覆似乎也是老生常谈,简直像是在搪塞。但实在,这个50年现在是个实数,而不是虚数。

2020年7月28日,国际热核聚变实验堆(ITER)最先在法国组装,预期2025年建成。全天下所有有实力的国家都在介入ITER,包罗中、美、俄、日、韩、印,以及作为东道主的欧洲。同时,中国自力建设的中国聚变工程实验堆(CFETR)也在举行工程设计,预期2030年月建成。

中国聚变工程实验堆CFETR修建群效果图

ITER的目的,是为未来的核聚变反映堆提供氘氚等离子体物理基础。CFETR的目的,是为建堆提供工程基础,尤其是质料、氚循环和遥操作,同时在超导和加热方面继续增强。国际聚变界希望在2050年左右建成树模堆DEMO,在这方面中国的设计是引领天下的。若是一切顺遂,希望在2070年左右建成有商业价值的核聚变发电站(冲出太阳系的第一步 | 袁岚峰)。你看,从现在到2070年不正好是50年吗?

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中国磁约束聚变生长蹊径图

我还想告诉人人,虽然可控核聚变是等离子体物理中最引人关注的话题,但等离子体物理的研究局限远不止此。例如,等离子体可以用于航天发念头的电推进,可以用于对芯片和电池的加工,可以用于向化学系统定向注入能量,由此就可以用于消鸩杀菌,可以用于淡水净化,可以用于伤口止血,甚至可以用于治疗癌症(科大等离子体,星辰大海迎接你 | 袁岚峰)。

电推进大大扩展我们在太阳系中推动航天器的能力(《等离子体科学十年希望与展望(2020)》)

而在根子上,等离子体基础理论已经很长时间没有突破了,现在这方面的理论仍然十分庞大,大大限制了我们的展望能力。因此,若是你对可控核聚变的体贴加倍深入,你就会体贴到等离子体的普遍应用,体贴到等离子体的基础理论。也许需要基础理论的突破,才气把人类带入下一个大台阶。

下面我们来谈第三类科技新闻,“工欲善其事必先利其器型”。人人应该树立一个基本看法:现在的科学,早已不是像科学的幼年那样通过一样平常考察就能做出重大发现了,而是越来越多地依赖实验仪器的提高。只有更好的仪器,才气获得更高精度的丈量效果。只有丈量的精度更高,才气发现以前无法发现的征象。因此,探测器的提高自己不是科学功效,但它们是科学功效的条件条件。

在这方面,最近的一个重大功效,是中国科学院高能物理研究所主导的国际互助项目“拉索”(LHAASO,它是“高海拔宇宙线观察站”Large High Altitude Air Shower Observatory的首字母缩写词)。2021年5月17日,高能所召开宣布会,宣布拉索发现了银河系中12个超高能光子源,这里超高能的意思是到达114电子伏特,电子伏特是一个能量单元。以前的宇宙线探测装置主要只能探测到112电子伏特的光子,拉索一下子把它提升了两个量级。

拉索宣布会

拉索在超高能段的性能不只跨越以前的所有探测器,而且跨越其他国家在构想中的所有探测器。因此,国际专家展望,在未来至少十年的时间里,拉索将主导伽马射线天文学。

拉索接纳四种探测器复合丈量宇宙线信息

有这样的探测能力打底,固然就可望它源源不停地产出主要的科学功效。因此,高能所宣称,拉索开启了“超高能伽马天文学”的时代。人人可以体会一下这话的分量,开启某个时代这种句式是很少见的。

拉索打开超高能伽马天文新窗口

2021年6月,我和拉索项目的两位主要成员、中国科学手艺大学天文学系特任教授杨睿智博士和中国科学院高能物理研究所研究员陈松战博士做了一场直播,先容了拉索的功效(美国宇宙线探测器还在设想,就已经落伍中国二十年!| 科技袁人)。他们提到,许多外国学者对拉索十分感兴趣,希望介入国际互助,或者到中国来留学、来事情。

FAST夜景(http://news.sina.com.cn/o/2016-11-07/doc-ifxxmyuk6173099.shtml)

江门中微子实验探测器示意图,探测器主体为一个直径 30 米的有机玻璃球。图片泉源:中科院高能所

最后一类科技新闻,是“扩展人类知识界限型”。这实在才是我们做科研的本意,是把科研跟其他种种人类流动区脱离的要害。玩过《文明》的同伙们都知道一个笑话“异景误国”,但科学家造惊人的实验仪器并不是为了这个异景自己,而是为了实打实的科学功效,以是至少不会误国!

在这方面,一个典型的例子就是我讲过最多的领域,量子信息。量子信息是量子力学这个基础物理学理论跟信息科学交织发生的新兴学科,是整个科学界生长最蓬勃的领域之一。量子信息包罗量子通讯、量子盘算和量子周详丈量,目的都是行使量子力学的特征,实现跨越传统信息手艺的效果。

量子信息的三个分支

中国在量子信息领域有许多引领天下的功效,例如量子通讯方面的“墨子号”卫星与“京沪干线”,以及量子盘算方面的“九章”光量子盘算机。现实上,量子信息是少少数的中国在整体上处于领跑职位的大的科学领域之一(与有荣焉――我和祖国的高光时刻:袁岚峰与墨子号量子卫星 | 科技袁人)。

天地一体化量子通讯网络示意图

九章光量子过问实物图

(比最快的超级盘算机快一百万亿倍!中国科学家实现“量子盘算优越性”里程碑)

左下方为输入光学部门,右下方为锁相光路,上方共输出100个光学模式,划分通过低消耗单模光纤与100超导单光子探测器毗邻。

摄影:马潇汉,梁竞,邓宇皓

然而,量子信息的意义远远跨越在天下上争取排名,由于它是真正的战略性、推翻性手艺,被称为“第二次量子革命”。好比说,量子盘算机取得突破,就有望破解现在所有的基于数学难题的密码。又好比说,量子保密通讯的作用,就是让密码牢不能破。

谷歌首席执行官展望,加密手艺的终结可能在5年内到来(美国哈德逊研究所宣布《高管的量子密码指南:后量子时代中的信息平安》| 中国信息协会量子信息分会)

你也许会问:那若是用量子盘算机去破解量子密码,以子之矛攻子之盾,会怎么样?回覆是:盾胜!量子密码保密的基础并不是数学问题,而是物理原理,以是它能 *** 所有的盘算机攻击,包罗量子盘算机。

量子密钥分发匹敌窃听

你看,要明白这些功效的意义,就需要对量子信息的科学原理有深入领会。仅仅喊一个“逾越了其他国家”,就远远不够了,而且抓错了重点。

以上谈的这四类,实在只是一个大略的分类,示意四种常见的念头。而一个真实的研究中,往往会同时包罗这四类。

例如中国的嫦娥五号,自1976年苏联的“月球24号”以来第一次从月球取回了样品,这是国家排名的视角。月球探测归根结底是为了飞出地球摇篮,走向星辰大海,这是最终目的的视角。嫦娥五号是人类迄今为止向地球之外发射的最重的探测器,到达8.2吨,这是基础设施的视角。取回月球样品之后,就可以开展科学研究,对月球起源、太阳系演化等重大问题获得许多新的知识,这才是科学家对这个项目最大的兴趣所在,这是科学功效的视角(美国50年前就能载人登月,中国为什么现在还不行?| 科技袁人)。若是你能同时从所有这些角度明白一个研究,你才算是获得了深入的熟悉。

嫦娥五号月球取样返回流程

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